DE102005033756A1

DE102005033756A1 - Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen aus zwei mehrlagigen Ausgangsstrukturen

Info

Publication number: DE102005033756A1
Application number: DE102005033756A
Authority: DE
Inventors: Michael Bisges
Original assignee: Flex Technologies O GmbH; O-FLEX TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: Flex Technologies O GmbH; O-FLEX TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen, insbesondere TFT-Transistoren, das die massenhafte preiswerte Herstellung unabhängig von dem verwendeten Material für die elektrisch leitenden und halbleitenden Schichten ermöglicht und das eine hohe Gleichmäßigkeit und geringe Strukturgröße der hergestellten Halbleiter gewährleistet. DOLLAR A Schließlich werden Ausgangsstrukturen als Halbzeug vorgeschlagen, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen, insbesondere TFT-Transistoren, aus zwei mehrlagigen Ausgangsstrukturen.
Im Rahmen der Polymerelektronik gibt es Ansätze zur Herstellung preiswerter Halbleiter aus Kunststoff. Das in der Elektronikindustrie in erster Linie als Halbleitermaterial zum Einsatz gelangende Silizium ist bei einfachen elektronischen Anwendungen vielfach nicht erforderlich. Um die Kosten elektronischer Schaltungen auf der Basis der Polymerelektronik zu reduzieren, wird unter anderem an der technischen Universität Chemnitz seit längerem das Drucken von Polymerschaltungen untersucht. Dort gelang es, Kunststoff-Transistoren in einem Massendruckverfahren herzustellen. Bei dem Druckverfahren werden Kunststoffmoleküle, die entweder leitend, halbleitend oder isolierend sind, in feinen Schichten übereinander gedruckt. Von der Konsistenz her sind die Kunststoffe wie Tinte zu verwenden. Hieraus resultiert allerdings das Problem, dass selbst bei technisch höchstmöglicher Auflösung die gedruckten Polymer-Transistoren bei weitem nicht an die Leistung von Silizium-Transistoren heranreichen.
Der Druck eines Halbleiters gestaltet sich im Einzelnen beispielsweise wie folgt:

– Zunächst wird die Basiselektrode auf ein isolierendes Trägermaterialmaterial aus Kunststoff aufgedruckt.
– Anschließend wird eine Isolationsschicht oberhalb der Basiselektrode aufgebracht, die beispielsweise aus einem organischen Dielektrikum besteht.
– Auf die Isolationsschicht werden die Kollektor- und Emitterelektrode aufgedruckt,
– gefolgt von dem Aufbringen des Halbleitermaterials. Ein typisches Halbleitermaterial für das Drucken von TFT-Transistoren ist beispielsweise P3HT (Poly 3-Hexalthiophene).

Der wesentliche Vorteil der gedruckten Polymerelektronik besteht darin, dass sich diese in sehr hoher Auflage preiswert drucken lässt und sich daher für kurzlebige Elektronik-Bauteile, wie beispielsweise Gepäckanhänger oder Verpackungsetiketten eignet.
Als Hauptnachteile der gedruckten Polymerelektronik sind die erreichbare Strukturgröße, die mangelnde Homogenität des Drucks sowie die teilweise nicht ausreichende Langzeitstabilität der gedruckten Halbleiter zu nennen.
Geringere Strukturgrößen von deutlich unterhalb 5 μm sind jedoch erforderlich, um ausreichende Schaltgeschwindigkeiten der Halbleiterbauelemente zu erzielen, insbesondere bei der Verwendung von organischen Materialien die ohnehin eine geringere Schaltgeschwindigkeit als anorganische, herkömmliche Materialien nach sich ziehen. Die mangelhafte Gleichförmigkeit der im Druckverfahren aufgetragenen Beschichtungen ändern die Verhaltensweise des Halbleiterbauelementes. Dies ist insbesondere dann nicht tolerabel, wenn die gedruckten Halbleiterbauelemente zur Steuerung von Displays verwendet werden.

Neben den reinen Druckverfahren zur Herstellung insbesondere von TFT-Transistoren ist aus der WO 02/29912 A1 ein Verfahren zur Herstellung organischer Halbleiter bekannt geworden, bei dem in eine mehrlagige ebene Ausgangsstruktur mit einer leitenden, halbleitenden und isolierenden Schicht mittels eines Prägewerkzeugs Kerben in die mehrlagige Ausgangsstruktur eingebracht werden. Bei dem Prägeschritt wird die erste Lage der mehrlagigen Ausgangsstruktur abgeschert. Die durch das Prägen gebildeten streifenförmigen, parallel zueinander angeordneten Elektroden für die Emitter- bzw. Kollektorelektroden des Halbleiters werden elektrisch durch die Kerben getrennt, wobei der minimale Abstand zwischen zwei benachbarten streifenförmigen Elektroden 0,6 μm beträgt. Anschließend wird auf die Struktur eine halbleitende Polymerschicht und die Isolationsschicht für die Basis aufgebracht. Schließlich wird in einem letzten Schritt im Wege eines Druckverfahrens die Basiselektrode aus einem leitenden Polymer in die Kerbe eingebracht. Sowohl die halbleitende Schicht als auch die Isolationsschicht folgen dabei dem Verlauf der durch das Prägewerkzeug hergestellten Kerbe, so dass die leitende Polymerbasiselektrode ausschließlich mit der Oberfläche der Isolationsschicht in der Rille in Kontakt kommt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen, insbesondere TFT-Halbleiterbauelementen vorzuschlagen, das die massenhafte preiswerte Herstellung von Halbleiterbauelementen bei kleineren Strukturen unabhängig von dem verwendeten Material für die elektrisch leitenden und halbleitenden Schichten ermöglicht und das eine höhere Gleichmäßigkeit der hergestellten Halbleiter gewährleistet.

Schließlich sollen Ausgangsstrukturen vorgeschlagen werden, die für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet sind.

Im einzelnen wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Indem die beiden Ausgangsstrukturen erfindungsgemäß gegeneinander gedrückt werden, wird die Schicht aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur zerteilt. Gleichzeitig dringt die keilförmige Schneidenspitze aus elektrisch isolierendem Material in das plastisch verformbare Trägermaterial der zweiten Ausgangsstruktur. Die elektrisch leitende Schicht der zweiten Ausgangsstruktur wird hierdurch in elektrisch voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt. Bei dem Gegeneinanderdrücken der beiden Ausgangsstrukturen entstehen Bindungskräfte zwischen der Schicht aus elektrisch leitendem Material und der Schicht aus elektrisch isolierendem Material der beiden Ausgangsstrukturen, die größer sind als die Bindungskräfte zischen dem Trägermaterial und der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangstruktur. Dabei kann sowohl auf Seiten der ersten Ausgangsstruktur die Haftung zur elektrisch leitfähigen Schicht erhöht werden als auch auf Seiten der zweiten Ausgangsstruktur die Haftung der elektrisch leitfähigen Schicht zum Trägermaterial durch spezielle Vorbehandlung z.B. das Auftragen eines sehr dünnen Ölfilms herabgesetzt werden, um ein einfaches Ablösen der leitfähigen Schicht vom Trägermaterial sicherzustellen. Eine Erhöhung der Haftung zum Material der ersten Ausgangsschicht kann man Erzeugen in dem z.B. die Oberfläche der ersten Ausgangsstruktur vor dem Gegeneinaderdrücken chemisch, thermisch oder mittels Plasma vorbehandelt wird um aktive Bindungen an der Oberfläche zu schaffen. Diese gehen dann beim Fügen unmittelbar physikalische und oder chemische Bindungen zur elektrisch leitfähigen Schicht der zweiten Ausgangsstruktur ein, wodurch eine erhöhte Haftung erzielt wird.

Diese Maßnahmen erlauben es, das lösbar mit der elektrisch leitenden Schicht verbundene Trägermaterial mit einem sogenannten "LIFT-OFF Verfahren" von der zweiten Ausgangsstruktur abzuheben.

Anschließend wird auf die freiliegende Oberfläche der Schicht aus leitendem Material sowie jede daraus hinausragende Schneidenspitze eine Schicht aus elektrisch halbleitendem Material aufgebracht. Das Aufbringen der halbleitenden Schicht kann beispielsweise durch Aufdampfung, jedoch insbesondere auch im Wege eines Druckprozesses erfolgen.

Die elektrisch voneinander getrennten Bereiche der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangsstruktur bilden die Source- bzw. Drain-Elektrode des TFT-Halbleiters. Unterhalb dieser beiden Elektroden befindet sich die Schicht aus elektrisch isolierendem Material, das Dielektrikum des Halbleiters und darunter die elektrisch leitfähige Schicht der ersten Ausgangsstruktur, die die Gate-Elektrode des TFT-Halbleiters bildet. Die Source- und Drain-Elektrode sind über die im letzten Verfahrensschritt aufgebrachte Schicht aus elektrisch halbleitendem Material miteinander verbunden.

Des Weiteren eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die kontinuierliche Massenherstellung von TFT-Transistoren. Bei derartigen Verfahren werden die Ausgangsstrukturen gegeneinander gedrückt, während sie mit gleicher Geschwindigkeit in die selbe Richtung bewegt werden. In diesem Fall sind die Ausgangsstrukturen vorzugsweise Folienbahnen, die in einem Walzenspalt von zwei gegenläufig rotierenden Walzen gegeneinander gedrückt werden, wobei die Walzenachsen quer zur Bewegungsrichtung der Folienbahn angeordnet sind. In diesem Fall befinden sich auf der Folienbahn für die erste Ausgangsstruktur vorzugsweise eine Vielzahl von erhabenen Schneidenstrukturen, die sich über die gesamte Breite der Folienbahn erstrecken. Alternativ ist es allerdings auch möglich, lediglich eine erhabene Schneidenstruktur in Bewegungsrichtung der Folienbahn, d.h. in Richtung von deren Längsachse auf der Oberfläche anzuordnen. Bei einem derartigen Durchlaufprozess zur Herstellung der TFT-Transistoren können die ineinander übergehenden Elektroden der fortlaufend produzierten TFT-Transistoren elektrisch voneinander getrennt werden. Dies kann beispielsweise durch eine abschließende Zerteilung der Folienbahn quer zu deren Bewegungsrichtung erfolgen.

Ein sichere Zerteilung der elektrisch leitenden Schicht der zweiten Ausgangsstruktur und damit deren elektrische Unterbrechung wird erreicht, wenn die im Querschnitt dreieckig profilierte Schneidenstruktur mit ihrer Schnittkante quer zu Bewegungsrichtung der Folienbahn angeordnet ist. Die Schneidenstruktur erstreckt sich vorzugsweise über die volle Breite der Ausgangsstruktur.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens entfällt die Notwendigkeit eines Druckvorganges, der zum einen die Gleichförmigkeit der hergestellten Strukturen sowie deren maximale Auflösung beeinträchtigt.

Zusammenfassend lassen sich folgende Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens nennen:

– Durch das erfindungsgemäße Ineinanderdrücken der beiden Ausgangsstrukturen lassen sich wesentlich höhere Auflösungen bei der Herstellung von elektronischen Einheiten, insbesondere TFT-Transistoren erzielen, als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Druckverfahren. Die erreichbaren Strukturgrößen sind kleiner 100 nm, während nach dem Stand der Technik lediglich Strukturgrößen von minimal 50.000 nm realisierbar sind. Mit Strukturgröße ist vorliegend der Abstand zwischen der Kollektor- und Basis-Elektrode eines TFT-Transistors gemeint.
– Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die elektrisch leitenden Schichten der ersten und zweiten Ausgangsstruktur als reines Metall aufzusputtern. Dies ermöglicht geringe elektrische Widerstände und extrem dünne Schichten.
– Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sowohl die Verarbeitung von anorganischen als auch organischen Leitern und Halbleitern zu, was bei den bekannten Druckverfahren bisher nicht möglich ist.
– Schließlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit eröffnet, die gegeneinander zu drückenden Ausgangsstrukturen als Halbzeug vorzubereiten, insbesondere in Form von Folienbahnen.

Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch durchführen, wenn die Ausgangsstrukturen ruhen. Die Ausgangsstrukturen werden dann beispielsweise mit Hilfe einer Presse gegeneinander gedrückt, wobei die Ausgangsstrukturen ebenfalls als von Rolle zu Rolle geführte Folienbahnen beispielsweise über einen festen Pressentisch geführt werden und während des Stillstands der Folienbahnen das bewegliche Oberwerkzeug die Folienbahnen gegeneinander drückt; es ist ebenfalls möglich, vereinzelte Bogenformate in der Presse gegeneinander zu drücken. Das nachfolgende Ablösen des Trägermaterials und das Aufbringen der halbleitenden Schicht kann sowohl an bewegten als auch ruhenden Ausgangsstrukturen vorgenommen werden.

In einem kontinuierlichen Prozess zur Herstellung von TFT-Transistoren wird das Trägermaterial der zweiten Ausgangsstruktur vorzugsweise dadurch entfernt, dass das Trägermaterial über eine Umlenkung geführt wird. Zu diesem Zweck ist das Trägermaterial der zweiten Ausgangsstruktur wesentlich flexibler als die leitfähige Schicht. Aufgrund der unterschiedlichen Biegesteifigkeit löst sich das Trägermaterial an der Umlenkung, während die rigidere leitfähige Schicht aufgrund ihrer stärkeren Bindung an die elektrisch isolierende Schicht der ersten Ausgangsstruktur an dieser haften bleibt. Die so freigelegte leitfähige Schicht der zweiten Ausgangsstruktur durchläuft anschließend eine Beschichtungsstation, in der das halbleitende Material auf die kontinuierlich durchlaufende Folienbahn aufgebracht wird.

Die Ausgangsstrukturen für das erfindungsgemäße Verfahren werden vorzugsweise zeitlich versetzt als Halbzeuge vorbereitet, die anschließend gegeneinander gedrückt werden.

Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Herstellungsprozesse für die Ausgangsstrukturen einstufig, das heißt kontinuierlich in das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von elektronischen Einheiten zu integrieren.

Die erste mehrlagige ebene Ausgangsstruktur wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass auf das Trägermaterial, das beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder orientiertem Polypropylen besteht, die Schicht aus elektrisch leitendem Material und darüber eine plastisch verformbare Prägeschicht aus elektrisch isolierendem Material, das Dielektrikum, aufgebracht wird. In einem anschließenden Prägeschritt wird mindestens eine erhabene Schneidenstruktur in der plastisch verformbaren Schicht erzeugt. Zur Erzeugung der erhabenen Struktur kommt insbesondere ein Prägewerkzeug zum Einsatz, das mindestens eine der erhabenen Struktur entsprechende Ausnehmung aufweist.

Um die Formstabilität der Schneidenstruktur während des Gegeneinanderdrückens der Ausgangsstrukturen zu gewährleisten, ist es in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schneidenstruktur nach dem Prägeschritt gehärtet wird. Die Härtung erfolgt insbesondere durch Bestrahlung mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung. Des weiteren ist bei Auswahl der Materialien für den Schichtaufbau der Ausgangsstrukturen zu berücksichtigen, dass die Härte der Schneidenstruktur größer als die Härte des Trägermaterials und der leitfähigen Schicht der zweiten Ausgangsstruktur ist, um ein sicheres Zerteilen der elektrisch leitfähigen Schicht ohne Zerstörung der Schneidenstruktur zu gewährleisten.

Sofern eine erste Ausgangsstruktur als Folienbahn hergestellt werden soll, wird die erhabene Struktur vorzugsweise in einem Walzenspalt von zwei gegenläufig rotierenden Walzen erzeugt, wobei jede Ausnehmung im Walzenmantel in Richtung der Rotationsachse der Walzen angeordnet ist. Hierdurch werden quer zur Bewegungsrichtung der Folienbahn verlaufende erhabene Strukturen in regelmäßigen Abständen auf der Folienbahn erzeugt.

Die zweite mehrlagige ebene Ausgangsstruktur wird hergestellt, indem auf das Trägermaterial lösbar die Schicht aus elektrisch leitendem Material aufgebracht wird. Die lösbare Verbindung, die z.B. durch einen sehr dünnen Ölfilm in einer Dicke von nur wenigen hundert Nanometern zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Trägermaterial bewirkt wird, gewährleistet, dass das Trägermaterial von der elektrisch leitenden Schicht beschädigungsfrei abgelöst werden kann.

Vorteilhafte Ausgangsstrukturen zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 15–22.

Eine gute Wärmeabfuhr aus den erfindungsgemäß hergestellten TFT-Transistoren und damit ein Schutz gegen wärmebedingte Zerstörung lässt sich dadurch erzielen, dass das Trägermaterial und/oder die elektrisch isolierende Schicht der ersten Ausgangsstruktur aus gut wärmeleitendem Material bestehen.

Die isolierende Schicht kann insbesondere aus thermoplastischen Polymeren bestehen. Sofern die isolierende prägbare Schicht darüber hinaus Fotoinitiatoren aufweist, ist eine Lichthärtung, insbesondere mit UV-Bestrahlung des thermoplastischen Materials nach dessen Umformung möglich, um die erforderliche Formstabilität für die Verwendung der Ausgangsstruktur in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erreichen. Die Dicke der in der ersten Ausgangsstruktur vorhandenen prägbaren Schicht aus elektrisch isolierendem Material beträgt zwischen 10 bis 20.000 nm.

Die elektrisch leitenden Schichten der Ausgangsstrukturen sind insbesondere Metallschichten, die beispielsweise aus Gold, Silber, Aluminium oder Kupfer bestehen. In Betracht kommen jedoch auch organische Leiter. Die Metallschichten können aufgesputtert oder als Nanocoatings, z.B. mit Kohlenstoffröhrchen als leitfähige organische Beschichtungen aufgebracht werden. Für leitende Schichten aus anorganischem Material genügen bereits Schichtdicken von 10 nm; es können jedoch auch deutlich dickere Schichten aufgetragen werden, um einen höheren Stromfluss zu ermöglichen.

Die abschließende aufzubringende elektrisch halbleitende Schicht kann aus sämtlichen üblichen Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium oder Germanium, jedoch auch aus organisch halbleitendem Material, insbesondere Polymeren bestehen. Organische Halbleiter, z.B. Pentacene können aufgedampft werden.

Als Trägermaterial kommt sowohl für die erste als auch zweite Ausgangsstruktur insbesondere eine Folienbahn in Betracht. Als Trägermaterialen kommen für die erste Ausgangstruktur Polyethylen, Polyimid, Polyethylene Terephthalate (PET) Polypropylen oder orientiertes Polypropylen in Frage. Bei einem einschichtigen Aufbau des Trägermaterials muss die Folienbahn der zweiten Ausgangstruktur aus einem plastisch oder thermoplastisch verformbaren Material, z.B. Polyethylen oder Polypropylen bestehen.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zu dessen Durchführung eingesetzten Ausgangsstrukturen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1a eine schematische Darstellung einer ersten und zweiten Ausgangsstruktur zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
1b eine schematische Darstellung der gegeneinander gedrückten Ausgangsstrukturen,
1c eine schematische Darstellung des Lift off Verfahrenschritts,
1d eine schematische Darstellung des Aufbringens einer halbleitenden Schicht sowie,
2 eine schematische Darstellung des fortlaufenden Gegeneinanderdrückens der Ausgangsstrukturen mit Hilfe von zwei gegenläufig rotierenden Walzen und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens um Erzeugen der Schneiden in der ersten Ausgangsstruktur
1a veranschaulicht den Aufbau einer ersten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur 1 und einer zweiten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur 2 zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die erste Ausgangsstruktur 1 besteht aus einem Trägermaterial 3, beispielsweise einer PET-Folie auf der eine Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus anorganischem Metall, aufgesputtert ist. Darüber befindet sich eine plastisch verformbare Schicht 5 aus elektrisch isolierendem Material, das als Dielektrikum des herzustellenden TFT-Transistors dient. In einen derart beschaffenen Schichtaufbau wird mittels eines Prägewerkzeugs in einem anschließenden Prägeschritt eine Schneide 6 erzeugt, wobei die plastisch verformbare Schicht 5 komprimiert wird. Der Prägeschritt wird weiter unten näher erläutert. Die Schneide 6 stellt sich als keilförmiges, über die gesamte Breite der ersten Ausgangsstruktur 1 erstreckendes Profil dar.
Die zweite Ausgangsstruktur 2 weist ebenfalls ein Trägermaterial 7 auf, das allerdings hier zweischichtig aufgebaut ist. Auf einer PET-Folie 8 befindet sich eine plastisch verformbare, prägbare Schicht 9, deren Härte geringer als die ausgehärtete plastisch verformbare Schicht 5 aus elektrisch isolierendem Material ist. Auf dem Trägermaterial 7 ist lösbar eine elektrisch leitfähige Schicht 11 aufgebracht, die zur Bildung der Source- und Drain-Elektrode des TFT-Transistors dient.
Nachfolgend wird anhand der 1b–1d die Herstellung eines TFT-Transistors unter Verwendung einer ersten Ausgangsstruktur 1 und einer zweiten Ausgangsstruktur 2 nach 1a näher erläutert:
Zunächst werden die erste und zweite Ausgangsstruktur 1, 2 so ausgerichtet, dass die Schicht aus elektrisch isolierendem Material 5 der ersten Ausgangsstruktur 1 in Richtung der elektrisch leitfähigen Schicht 11 der zweiten Ausgangsstruktur weist. Anschließend wird die elektrisch isolierende Schicht 5 gegen die elektrisch leitfähige Schicht 11 gedrückt, wie dies in 1b dargestellt ist. Dabei wird die elektrisch leitfähige Schicht 11 von der Schneide 6 der ersten Ausgangsstruktur 1 zerteilt und die Schneidenspitze 12 dringt geringfügig in die prägbare Schicht 9 der zweiten Ausgangsstruktur 2 ein. Im Interesse einer möglichst hohen Schaltgeschwindigkeit des herzustellenden TFT-Transistors sollte dieser Eindringweg so gering wie möglich sein, solange eine sichere elektrische Trennung der elektrisch leitfähigen Schicht 11 in zwei Bereiche 13, 14 gewährleistet ist. Eine weitere Reduzierung des Abstands der die Source- und Drain-Elektroden bildenden Bereiche 13, 14 kann durch einen spitzen Keilwinkel der keilförmigen Schneide 6 erreicht werden.
Nach dem Verbinden der ersten und zweiten Ausgangsstrukturen 1 und 2 gemäß 1b wird anschließend das Trägermaterial 7 der ersten Ausgangsstruktur 1 von der elektrisch leitfähigen Schicht 11 abgelöst. Um hierbei die die Source- und Drain-Elektrode bildenden Bereiche 13, 14 der elektrisch leitfähigen Schicht 11 nicht zu beschädigen, müssen die Haftkräfte zwischen dem Trägermaterial 7 und der elektrisch leitfähigen Schicht 11 geringer als die zuvor erzeugten Bindungskräfte zwischen der leitfähigen Schicht 11 und der Schicht aus elektrisch isolierendem Material 5 sein. Nach dem sogenannten Lift-Off-Verfahrensschritt liegt die Oberfläche 15 der elektrisch leitfähigen Schicht 11 frei.
Auf diese freiliegende Oberfläche sowie die daraus hinausragende Schneidenspitze 12 wird in einem letzten Verfahrensschritt eine Schicht 16 aus elektrisch halbleitendem Material aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch einen Aufdampfungsprozess erfolgen. Diese Schicht überdeckt vollständig die durch die Bereiche 13, 14 der leitfähigen Schicht 11 gebildete Source- und Drain-Elektrode sowie die Schneidenspitze 12. Mit diesem letzten Verfahrensschritt wird bereits ein wirksamer TFT-Transistor erzeugt. Die elektrisch leitende Schicht 4 der ersten Ausgangsstruktur 1 bildet die Gate-Elektrode. Die elektrisch voneinander getrennten Bereiche 13, 14 der elektrisch leitfähigen Schicht 11 der zweiten Ausgangsstruktur 2 bilden die Source- bzw. Drain-Elektrode, die in direktem Kontakt zu der Schicht aus elektrisch isolierendem Material 5 der ersten Ausgangsstruktur 1 stehen. Die Gate-Elektrode 4 ist durch die elektrisch isolierende Schicht 5, die als Dielektrikum wirkt, von der Halbleiterschicht 16 getrennt.
Die Kontaktierung der Elektroden 4, 13, 14 kann an den seitlichen Schnittflächen erfolgen. Des Weiteren ist es möglich, freie Kontaktbereiche durch unterschiedliche Abmessungen der ersten und zweiten Ausgangsstrukturen zu erzeugen.
Um das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich zur massenhaften Herstellung von TFT-Transistoren einsetzen zu können, kommen vorzugsweise Folienbahnen als erste und zweite Ausgangsstrukturen 1, 2 zum Einsatz. Um bei der Herstellung der ersten Ausgangsstruktur 1 als Folienbahn die erhabenen Schneiden 6 in gleicher Orientierung und regelmäßigem Abstand in der Schicht 5 aus elektrisch isolierendem plastisch verformbaren Material anzuordnen, werden die Schneiden 6 vorzugsweise fortlaufend in einem Walzenspalt 17 von zwei gegenläufig rotierenden Walzen 18, 19 erzeugt (vgl. 3). In dem Walzenmantel 21 ist eine der keilförmigen Schneide 6 entsprechende Ausnehmung 22 in Richtung der Rotationsachse 23 der Walze 18 angeordnet. In dem Walzenspalt 17 wird die prägbare Schicht 5 aus elektrisch isolierendem Material zwischen den keilförmigen Schneiden 6 zusammengedrückt. Die Schneiden 6 werden in gleichmäßigem Abstand quer zur Bewegungsrichtung 24 der Folienbahn 25 erzeugt.
Bevor nun diese Folienbahn 25 in einem fortlaufenden Prozess, wie er in 2 dargestellt ist, mit der zweiten Ausgangsstruktur 2, die ebenfalls als Folienbahn 26 vorliegt, zusammengebracht wird, werden die durch die Walzen 18, 19 erzeugten Schneiden 6 mit einer insgesamt mit 27 bezeichneten UV-Bestrahlungsvorrichtung gehärtet. Sowohl die Folienbahn 25 der ersten Ausgangsstruktur als auch die Folienbahn 26 der zweiten Ausgangsstruktur werden auf Trommeln 28, 29 aufgewickelt, die anschließend in einer Anordnung nach 2 zum Einsatz gelangen. Die Trommeln 28, 29 sind in 2 links im Bild dargestellt. Über Umlenkwalzen 31, 32 werden die aufgetrommelten Folienbahnen 25, 26 einem Walzenspalt 34 von zwei gegenläufig rotierenden Walzen 35, 36 zugeführt, wobei die Walzenachsen 37, 38 quer zur Bewegungsrichtung der Ausgangsstrukturen 1, 2 angeordnet sind. Durch das Zusammendrücken der Folienbahnen 25,26 werden fortlaufend Source- und Drain-Elektroden hergestellt, die jeweils durch die Schneiden 6 auf der Folienbahn 25 der ersten Ausgangsstruktur voneinander getrennt sind. Nach dem Durchlaufen der Folienbahn durch die gegenläufig rotierenden Walzen 35, 36 wird die PET-Folie 8 mit der prägbaren Schicht 9 der zweiten Ausgangsstruktur 2 um eine weitere Umlenkrolle 39 in der Bildebene nach unten umgelenkt, während die Folienbahn 25 der ersten Ausgangsstruktur mit der leitfähigen Schicht 11 der zweiten Ausgangsstruktur weiter in horizontaler Richtung läuft. Hierdurch kommt es zu einer Ablösung des Trägermaterials 7 der zweiten Ausgangsstruktur. Alternativ kann das Trägermaterial auch durch ein Ätzverfahren von der leitfähigen Schicht abgelöst werden indem das Trägermaterial mit einem Löse- bzw. Ätzmittel vollständig aufgelöst und von der Oberfläche entfernt wird.
Die im Ausführungsbeispiel nach unten weisende Oberfläche 15 der elektrisch leitfähigen Schicht 11 wird anschließend in einem in 2 nicht dargestellten Verfahrensschritt kontinuierlich mit halbleitendem Material bedampft.
Bezugszeichenliste:

Claims

Verfahren zur Herstellung von elektronischen Bauteilen – aus einer ersten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur (1) mit einer auf einem Trägermaterial (3) angeordneten Schicht (4) aus elektrisch leitendem Material sowie einer darüber angeordneten Schicht (5) aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer erhabenen, eine Schneide (6) bildenden Struktur und – aus einer zweiten mehrlagigen ebenen Ausgangsstruktur (2) mit einer auf einem Trägermaterial (7) angeordneten Schicht (11) aus elektrisch leitendem Material, deren Dicke geringer als die Höhe der Schneide (6) aus isolierendem Material ist, – wobei die Schicht (5) aus isolierendem Material der ersten Ausgangsstruktur (1) gegen die Schicht (11) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (2) gedrückt wird, wobei die Schneide (6) der ersten Ausgangsstruktur (1) die Schicht (11) aus elektrisch leitendem Material der zweiten Ausgangsstruktur (2) zerteilt und die Schneidenspitze (12) in das Trägermaterial (7, 9) der zweiten Ausgangsstruktur (2) eindringt, – anschließend das Trägermaterial (7) der zweiten Ausgangsstruktur (2) von der Schicht (11) aus elektrisch leitendem Material entfernt wird und sodann – auf die freiliegende Oberfläche (15) der Schicht aus elektrisch leitendem Material (11) sowie jede daraus hinausragende Schneidenspitze (12) eine Schicht (16) aus elektrisch halbleitendem Material aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (1, 2) mit Hilfe einer Presse gegeneinander gedrückt werden
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstrukturen (1, 2) gegeneinander gedrückt werden, während die Ausgangsstrukturen mit gleicher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung (24) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegten Ausgangsstrukturen (1, 2) in einem Walzenspalt (34) von zwei gegenläufig rotierenden Walzen (35, 36) gegeneinander gedrückt werden, wobei die Walzenachsen (37, 38) quer zur Bewegungsrichtung (24) der Ausgangsstrukturen (1, 2) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erste und zweite Ausgangsstrukturen (1, 2) Folienbahnen (25, 26) verwendet werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (16) aus elektrisch halbleitendem Material aufgedampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus elektrisch halbleitendem Material (16) aufgedruckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (7) der zweiten Ausgangsstruktur (2) von der Schicht aus elektrisch leitendem Material (11) entfernt wird, in dem das Trägermaterial (7) über ein Umlenkung (39) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (7) der zweiten Ausgangsstruktur (2) von der Schicht aus elektrisch leitendem Material (11) entfernt wird, indem das Trägermaterial vollständig aufgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (7) der zweiten Ausgangsstruktur (2) von der Schicht aus elektrisch leitendem Material (11) entfernt wird, in dem das Trägermaterial (7) mittels auf dessen Oberfläche wirkenden Unterdrucks abgehoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste mehrlagige ebene Ausgangsstruktur (1) hergestellt wird, indem auf das Trägermaterial (3) die Schicht aus elektrisch leitendem Material (4) und darüber eine plastisch verformbare Schicht (5) aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht wird, in der in einem Prägeschritt die mindestens eine erhabene Schneide (6) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Schneide (6) nach dem Prägeschritt gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabene Schneide mittels eines Prägewerkzeugs (18) erzeugt wird, das mindestens eine der Schneide(6) entsprechende Ausnehmung (22) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt fortlaufend an einer Folienbahn (25) in einem Walzenspalt von zwei gegenläufig rotierenden Walzen (18, 19) durchgeführt wird, wobei in dem mit der plastisch verformbaren Schicht (5) in Berührung stehenden Walzenmantel (21) die der Schneide (6) entsprechende Ausnehmung (22) in Richtung der Rotationsachse (23) der Walze angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mehrlagige ebene Ausgangsstruktur (2) hergestellt wird, indem auf das Trägermaterial (7) lösbar die Schicht aus elektrisch leitendem Material (11) aufgebracht wird.
Mehrlagige ebene erste Ausgangsstruktur insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch eine auf einem Trägermaterial (3) angeordnete Schicht (4) aus elektrisch leitendem Material eine darüber angeordnete Schicht (5) aus elektrisch isolierendem Material mit mindestens einer erhabenen Schneide (6).
Mehrlagige ebene zweite Ausgangsstruktur insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch eine auf einem Trägermaterial (7) angeordnete Schicht (11) aus elektrisch leitendem Material.
Mehrlagige erste und zweite Ausgangsstruktur nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (7) mehrere Schichten (8, 9) aufweist.
Mehrlagige erste und zweite Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Schichten (4, 11) aus Gold oder Silber oder Aluminium oder Kupfer oder organischen Leitern bestehen.
Mehrlagige erste und zweite Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 16 – 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (3, 7) zumindest teilweise aus Polyethylenterephthalat (kurz: PET) oder Polypropylen (kurz: PP) oder orientiertem Polypropylen (kurz: OPP) besteht.
Mehrlagige erste Ausgangstruktur nach Anspruch 15 sowie 17-19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (5) aus einem organischen oder anorganischen Dielektrikum besteht.
Mehrlagige erste Ausgangstruktur nach Anspruch 16 sowie 18-21, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (3) eine bahnförmige Kunststoff-Folie ist.
Mehrlagige zweite Ausgangstruktur nach einem der Ansprüche 17–20, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (7) eine bahnförmige mit einer plastisch verformbaren Prägeschicht (9) versehene Kunststoff-Folie (8) ist.
Schicht aus halbleitendem Material, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch halbleitende Schicht (16) aus Silizium oder Germanium oder organisch halbleitendem Material, insbesondere einem Polymer besteht.